铣削加工中液压工件夹紧系统的设计与分析外文文献翻译、中英文翻译

附录 1铣削加工中液压工件夹紧系统的设计与分析POTIOMKIN Konrad 1,a, NIESZPOREK Tadeusz2,b, PIOTROWSKIAndrzej 2,cand BORAL Piotr 2,d1Linex Sp. z o.o. ul. Rejtana 15, 42-202 Czstochowa, Poland2Czstochowa University of Technology, Armii Krajowej 21, 42-200 Czstochowa,P,btadekitm.pcz.czest.pl, capiotritm.pcz.czest.pl, dpiotrekitm.pcz.czest.pl,关键字：夹紧系统，铸造，铣削，数控铣床摘要.现代工业的要求越来越高，有助于机械加工技术的发展，也有助于特种夹具的使用。本文结合实例，论述了在现代数控铣床上对四件铸件进行液压夹紧专用系统的设计与分析过程。考虑到不同的解决方案，制定问题的可能性，两个夹紧系统的概念，提出了他们的比较。介绍多轴现代数控机床在减法制造过程中得到越来越广泛的应用，特别是在飞机、汽车和电力工业中。工业的快速发展和高要求，促进了数控机床、刀具和工程设备的发展。例如，设计了带有两个工具支架的多用途双轴机床，其目的是使旋转和铣削操作和在一台机床上加工的零件按照“一”概念“1”完成。现代数控机床具有高性能和高精度的特点。在车削加工的情况下，棒料给料机，而在使用铣削中心的情况下，使用双工作台，以尽量减少加工工件的准备时间。在批量和中等批量生产中，越来越多的特殊系统被用来夹紧机床上的一系列工件，这些工件夹紧依靠动力液压系统。自动液压夹紧系统能够快速、具体和安全地夹紧工件，提高加工的生产效率、精度和可重复性 1,2 。为了降低设备改造的成本和设计错误的解决方案，在设计阶段，通过对所采用的溶液的功能进行适当的分析，在特殊的夹紧系统之前进行生产。本文介绍了一个用于夹紧几个工件在数控铣床加工中心系统分析设计过程中，对两种不同概念的夹持相同的工件的例子1-4。夹紧系统的设计介绍工件和夹紧系统的设计是使用用于零件设计和装配模块的 Autodesk 发明家软件程序。图 1 显示了一个工程图纸和一个工件的三维模型。这是作为铸造材料34ASTM A-4860 级，质量为 0.544 公斤。它是假定采用液压夹紧工件 4 通过一个单一的夹具在五轴机床上加工。虽然是由工件的形式决定的，但夹紧系统的设计对于每个工件都有各自的性质。因此，它是假设两个不同的加工工件的夹紧系统被视为概念。图一、工件的二维绘图与三维模型选择合适的参数是一个重要的设计阶段，因为对于一个给定的工件来说它会影响整个工艺过程。首次进行基准的选择直接决定了第一个加工表面的位置，间接的影响剩余面位置。初始基准的选择问题的反映工件的复杂程度；因此，对于复杂形状的工件，如作为一个几何形状复杂的铸件，材料的选择可能是困难的。在许多情况下有必要采取措施和云扫描工件表面点，将基准面（曲率）精确定义 3,4 。将工件安装在机床空间中作为必要条件，以便能够加工特定的曲面。与机床加工的工件的连接可以是直接的也可以是间接的 4 。除了定位元件外，夹紧系统还要具有固定元件。正确夹紧工件的前提是对工件的定位在加工过程中的不变性。这就要求工件夹紧需要足够大的力来抵消切削力，但不能引起工件的变形。夹紧力过小会在加工过程中产生振动，从而导致加工表面粗糙度的增加，甚至影响成形尺寸的变化。在极端情况下，夹紧力不足，可能导致工件从夹具中掉落并损坏机器。反之，使用过大的夹紧力，可能会导致工件的永久变形，在极端情况下，甚至其损坏工件 3-5 。概念设计的准备所提出的设计应明确固定，定位和支持的表面，以及突出液压系统的复杂性，这是整个系统的正常运行所必需的。现在我们来描述一下四个提出的概念中的两个。概念一液压系统的结构：双边操作伺服电机旋转角度初步设置为 90；液压支架或单侧运行伺服电机；单向固定液压泵；安全阀；溢流阀；顺序阀；2 减压阀（用于设置适当的入口压力的液压伺服电机）；过滤器；排气阀；水箱。介质通过泵输送到液压系统，然后通过顺序阀将其分布在两个循环中。打开液压伺服马达。一旦液压支架达到其最终位置所需的压力。在液压支架和伺服电机系统中降低到所要求的水平。减压阀（图.2 和 3）。图.2 概念 1 中工件夹紧方式（操作 1）图.3 概念 1 中工件夹紧方式（操作 2）概念 2（图.4）36液压系统的结构：双边操作伺服电机初步设定旋转角度 90；单向固定液压泵； 安全阀；溢流阀；顺序阀；减压阀（用于设置适当的入口压力的液压伺服电机）； 过滤器；排气阀；水箱。介质通过泵提供给系统，系统中的压力由减压阀降到所需的值，液压伺服马达上的夹紧力不会使工件永久变形。图.4 概念 2 中工件夹紧的方式最佳标准的解决方案的选择他选择了最佳的解决方案，是根据上述概念建立的标准，提出了依靠动力液压系统的最重要的夹紧系统的特性。这些标准可以分为（表 1）：经济标准 K3、K5；加工精度和加工时间的相关标准K4；其他相关条件K1，K2。表一、概念的最佳解决方案的标准选择概念:XK1K2K3K4K5Sum of Kn12K1x0,50,750,2512,51010K20,5x0,750,512,7588K30,250,25x000,597K40,750,51x0,75397K50010,25x1,2596Sum89,7579K1 -运算次数K2 - 机械零件的数量K3 -夹紧系统的价格K4 - 细节的确定和建立方法K5 - 液压元件数这是最好的解决方案，是根据标准选择的概念之一（图.2 和 3）。但是，这种解决方案由于简化了概念模型而产生了较大的误差。为了消除误差（概念二），操作数增加到两个（为了获得更稳定的基准面和定位面），并用固定支架代替部分液压支架。液压伺服马达对工件的影响分析及液压系统工作压力的选择为了确定液压系统的工作压力，对夹紧力对工件的影响进行了分析。图.5 工件的网格视图：a）夹紧一、b）夹紧二分析是在 Autodesk 仿真机械执行程序（算法）。液压系统工作压力的定义是通过验证工件中的位移和应力来完成的。采用非线性材料的有限元分析，在实际情况下，材料、力和连接都可能具有非线性行为。分析参数工件的网格尺寸为 1.25 毫米用于夹持 1 号和 2.5 毫米的用于夹紧 2 号-见图5。上述值分别比最薄的工件壁的尺寸小两到四倍。对于剩余的组件，一个值自动设置为 100%的大小。夹紧力的大小在操作 1 号和 2 号时分别被设置为 1300N（施力的每个液压伺服电机接线插入操作）和 2600N（力是直接应用于伺服电机驱动端）。对模型的结果在力的大小不同，即夹紧力的单端伺服电机产生等于 2600N，而采用双提示的情况下，力分为每部分 1300N（ACC 做制造商的说明书）。对于 1 号操作，夹具是由两个相邻的伺服电机完成的，2 号操作是由一个集中在中央的伺服电机完成的。力作用方向与给定驱动元件的作用方向一致。图.6 （a）和（b）的位移与应力在一个单位时间内的关系图（作业 1 号）37图.7 （a）和（b）的位移与应力在一个单位时间内的关系图（作业 2 号）定位基准的设定与力与液压支架直接或间接夹紧有关。力方向与给定驱动元件的动作方向一致。力的值等于 1000N 和对斜楔机构执行尖端的液压支架为500N，结果由机构的传动比。对于表面接触，进行以下参数预设：接触距离为平均 0.03 毫米，接触相互作用距离为平均 0.03 毫米，和渗透距离为 0.01 毫米。仿真结果的位移和应力发生在工件和负荷图 6 和图 7 作用下的组件上。夹紧系统设计夹具系统的三维模型是在 Autodesk 发明家程序进行部分设计和装配模块中创建的。最终的设计已经考虑了从 multicriterial 选择产生的所有变化，优化和夹紧分析。建立的项目包括：O 型圈；KVT 液压插头；液压马达；液压支架；螺钉；非标元件（固定支架、伺服电机伺服电机的凸耳，插入）；根据数控机床板的尺寸建立夹紧系统。加工过程中工件受力的影响分析在夹紧系统设计正确的情况下，工件在切削力作用下的位移不应超过测量的工件的尺寸形状精度。如果工件是在 IT5 精度级别，在加工中的装夹工件位移应包含在低精度等级的限制中。该值与编程加工路径的误差假设有关，并考虑影响因素，如外部振动、切削刀片磨损、轧机运转和校正设置。夹紧系统的设计必须使它限制所有的自由度从工件的夹紧力到抵消产生的切削力，同时保正对工件不会永久变形 6,7 。在分析之前，对主要的初始条件进行界定，包括：加工工具SANDVIK（490-020ha06-08l）圆柱面铣刀；铣板（690-100531m-e-sl 2040）叶片；加工参数（切削速度、进给速度、加工层的宽度和深度）。固定参数：数控机床参数（最大进给速度、最大主轴转速）、工件参数（材料、硬度、比电阻、加工比电阻系数）。对于分析的目的，采用以下工艺参数：主轴转速，7000 转；进给速度，500 毫米/分钟；切削速度，439.8 毫米/分钟= + / - 440 毫米/分钟；切割宽度 1 毫米；切削深度 0.01 毫米；材料，ASTM A-48 级 60；硬度，300 HB；比电阻、1100 N/mm2；MC 系数，0.28。每个刀片的进给量是 6-8：ft fz =(1a)n zcwhere: n spindle rotational speed rpm,ft minute feed mm/min, zc number of mill blades.圆柱的平均切屑厚度（2a）和面（2b）铣削9,10是：hm=360 sin r ae f zh =180 sin r a e f z(2ab)2am39 eDDcaparccos 1 Dcap arccoscap aeDcapwhere: r tool clearance angle, Dcap tool diametermm, ae machined layer thickness mm.计算两种情况下的比电阻： m= khcc1.1mc(3)其中：kc1.1 比电阻为 1mm2 电阻率断面加工层（从表），MC加工特定的阻力系数。然后，在切削力公式中取代上述参数：Fc= kchm(4)最后计算得圆柱铣削的切削力为 210 N 和面铣削力为 700 N。较高的值，即 700 N，扩大了安全系数等于 3 的面铣，用于分析。最后的结果是 2100N，安全系数的大小取决于使用过程中错误发生的可能性，如：磨加工中的夹具之间的碰撞，加工参数不正确不正确的定义，在机床空间系统的安装， 对加工路径的错误编程，程序错误，错误在机床夹具的安装。作业编号1 和2 的时间曲线产生了三种不同的情况是由于切削力发生在切削刃与工件表面接触时间的不同，即：切削力对个别叶片有锯齿时间行为（三角波）测试 1；切削力对单个叶片没有锯齿时间行为（三角波）测试 2；切削力对单个叶片的持续时间较长（梯形信号）测试 3。图.8 在操作 2 中代表切削力应用的方向和位置的三维模型：a）在操作 1中、b）在操作 2 中。切削力进行的方式如图 8 所示的操作 1 和 2。参考点，基于位移的结果，被加工表面的位置，最大位移发生在与工件表面接触的位置伺服电机的提示，以验证是否产生的切削力不大于夹紧力的目的。图.9 总位移与时间的函数图像测试 1（操作 1）根据上述参考点所做的分析处理的结果用图表示。9, 10, 11 操作 1 和图 12中的第 2 号操作。图.10 总位移与时间的函数图像测试 2（操作 1）通过分析表明，夹紧力和工件固定在工件上的力足以满足预先设定的切削参数和在此基础上计算的切削力。图.11 总位移与时间的函数图像测试 3（操作 1）总结一个依靠液压夹紧系统的设计过程，同时也包含对气动和电气系统的设计，这是一个多线程的、复杂的过程，这就需要在加工工程领域的知识，力学，材料力学，以及数控机床的工程设备的设计。在上述系